【正文】 常輸出；當(dāng) 10 腳接高電平時， SG3525 的輸出端禁止。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 9 J u n 2 0 09 S he e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計 \ y i n .d db D ra w n B y:12456H 1 1L 1 圖 39 光電耦合器 控制電路 R S TR X D / P 3 . 0TX D / P 3 . 1X TA L2X TA L1I N T 0 / P 3 . 2I N T 1 / P 3 . 3EC I / T0 / P 3 . 4P W M 1 / T1 / P 3 . 5GND P 3 . 7 / P W M 0P 1 . 0 / A D C 0P 1 . 1 / A D C 1P 1 . 2 / A D C 2P 1 . 3 / A D C 3P 1 . 4 / S S / A D C 4P 1 . 5 / M O S I / A D C 5P 1 . 6 / M I S O / A D C 6P 1 . 7 / S C LK / A D C 7V C CS T C 1 2 C 2 0 5 2 A DY1C1C2GND+C3R2V C CGNDR1S1V C CGNDR X DTX DS C LKM I S OM O S ISSA D C I N 0O U T1O U T2S W 1S W 2FVDDVDD+ 1 5 V+ 1 5 VS G N DC5S G N DR5R3R4VDDS G N DC6C4C7 C8A D J 3ADJR6+V2V1S Y N C3V S S12VC13VD15CT5RT6D I S C7C S S8C O M P9SD10V r e f16O S C4O U TA11O U TB14S G 3 5 2 5R8S G N DS G N DVDDC 1 0C9FR 1 0O U TBR 1 2D L 2R 1 1S G N DR7R9D L 1S G N DS G N DV C CS G N DVDD S G N DA D J 1A D J 2 圖 310 控制電路 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 控 制電路主要 由 STC12C2052AD 和 SG3525 組成 。 5. 驅(qū)動電路應(yīng)具有較強的抗干擾能力及對 IGBT的自保護(hù)功能。另外， IGBT開通后，門極驅(qū)動源應(yīng)提供足夠的功率，使 IGBT不至退出飽和而損壞。該電路的主要工作原理是當(dāng)高速光耦 U1導(dǎo)通時，三極管 Q1關(guān)斷，而三極管 Q2導(dǎo)通，所以致使 Q5和 Q6關(guān)斷，同時引發(fā)Q3和 Q4導(dǎo)通，使得 IGBT導(dǎo)通；反之，當(dāng)光耦關(guān)斷時，三極管 Q1導(dǎo)通，而 Q2關(guān)斷，使得 Q Q4關(guān)斷，同時 Q5和 Q6導(dǎo)通，則使 IGBT關(guān)斷。 絕 緣柵雙極晶體管 IGBT是第三代電力電子器件，安全工作，它集功率晶體管 GTR和功率場效應(yīng)管 MOSFET的優(yōu)點于一身，具有易于驅(qū)動、峰值電流容量大、自關(guān)斷、開關(guān)頻率高 (1040KHZ)的特點，是目前發(fā)展最為迅速的新一代電力電子器件。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itl eN u m be r R ev i s io nS iz eBD at e: 1 8 J u n 2 0 09 S he e t o f F ile : C :\D o cu m en ts a n d S e tt in gs \A d m in is tra to r\桌面 \B ac k up of S he e t1 .D D BD ra w n B y:CEG 圖 36 柵極保護(hù)電路 驅(qū)動電路的設(shè)計 IGBT 驅(qū)動是整個系統(tǒng)比較關(guān)鍵的地方，驅(qū)動電路的性能，直接影響系統(tǒng)的復(fù)雜程序與易用性。這時若集電極和發(fā)射極間處 于高壓狀態(tài)時 ,可能會使 IGBT 發(fā)熱甚至損壞。在需要 IGBT關(guān)斷期間，為提高 IGBT的抗干擾能力及承受 di/dt上升率能力 (其中 i為電流， t為時間 )，保證其可靠地關(guān)斷，最好給柵射極間加 5l0V的負(fù)偏壓，過大的反向偏壓會造成 IGBT柵射極反向擊穿。在柵極上施以負(fù)電壓時， MOSFET內(nèi)的溝遭消失， PNP晶體管的基極電流被切斷， IGBT即被切斷 [23]。圖示器件為 N溝道IGBT,MOSFET為 N溝道型， BJT為 PNP型 [30]。無 N+緩沖層的 IGBT稱為非穿通型結(jié)構(gòu) (NPT)，它具有對稱的正反向阻斷能力，但其它特性如正向通態(tài)壓降，關(guān)斷時間，防閉鎖能力等，都不及穿通型 IGBT[21]。 1. IGBT的基本結(jié)構(gòu) IGBT是從功率 MOSFET發(fā)展而來的，是 MOS管與雙極型晶體管的復(fù)合器件。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 IGBT 及其保護(hù)電路 在這里電路選擇使用了絕緣柵型雙極晶體管 (IGBT),IGBT是八十年代初出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體功率器件，其電壓控制輸入特性伴隨低阻通態(tài)輸出特性，可以在眾多領(lǐng)域替代 GTR和功率 MOSFET等器件 [22]。整流的作用主要是把交流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電。 f. 最小輸入、輸出電壓差 (Vi V0)它是指穩(wěn)壓器能正常工作時的輸入電壓 Vi與輸出電壓 V0是最小電壓差值。這個偏差值一般用百分比表示，也可以用電壓值表示。另外一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個二極管，用來防止輸入端短路時 ,輸出端存儲的電荷通過穩(wěn)壓器 ,而損壞器件。它與分立元件的串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器電路工作原理完全相同。三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有 78系列 (下電源 )和 79系列 (負(fù)電源 )，輸出電壓由具體型 號中的后面兩個數(shù)字代表，有 5V， 6V， 8V， 9V， 12V， 15V，18V， 24V等檔次。正、負(fù)半周均有電流流過負(fù)載電阻 R，而且無論在正半周還是負(fù)半周，流過 R的電流方向都是一致的，因而使輸出電壓的直流成分得到提高，脈沖成分被降低。但相控整流電路在控制用 α較大時，功率因數(shù)較低，網(wǎng)側(cè)電流諧波含量較大。但是，這種單向脈動電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差的很遠(yuǎn)。另外，這種電路中，每只整流二極管承受的最大反向電壓，是變壓器次級電壓最大值的兩倍，因此需用能承受較高電壓的二極管。當(dāng)然，采用兩路供電的目的就是為了避免兩路互相產(chǎn)生干擾，影響系統(tǒng)正 常工作。該主控板使用 C51中的 STC12C2052AD單片機作為主要控制芯片。 在設(shè)計電路時盡可能使系統(tǒng)簡潔，易實現(xiàn)，穩(wěn)定可靠和具有較好的通用性，當(dāng)然在允許的情況下也要考慮經(jīng)濟因素來降低成本。C 本章小結(jié) 本章全面的介紹了超聲波除垢的原理，對超聲波除垢器的設(shè)計進(jìn)行了系統(tǒng) xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 的分析，對電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)選擇了設(shè)計方案，確定了電源的主要工作參數(shù)，系統(tǒng)的了解了該設(shè)計的結(jié)構(gòu)步驟。 2 2 0 V5 0 H Z整 流 / 濾 波 I G B T超 聲 波振 蕩 器驅(qū) 動控 制 器 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 超聲波電源的主要參數(shù)選擇 超聲波系統(tǒng)大體由超聲波電源、換能器兩部分組成，超聲波電源是超聲波除垢器的主要的組成部分，其輸出的信號穩(wěn)定與否直接影響到 換能器的輸出和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 超聲波除垢器主要通過控制超聲波 振蕩器 來除垢。對于普通的換能器，受自身材料和力學(xué)性能的限 制其 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 輸出端的位移振幅很小，一般不超過 10微米，達(dá)不到工作要求。超聲電源將電網(wǎng)上 50HZ交流電變成超聲頻率為 20KHZ交流電，超 聲振動系統(tǒng)將激勵它的交變電能轉(zhuǎn)換為同頻率的超聲振動，再一級級放大，最后傳遞給外界負(fù)載做功。但由于功率超聲技術(shù)還處于發(fā)展階段，有許多方面還需要進(jìn)一步的改進(jìn)。新生成的這些微小晶核，由于體積小、質(zhì)量輕、表面積大，懸浮于液體中，生成比壁面大得多的界面，有很強的爭奪水中離子的能力，能抑制離子在壁面處的成核和長大，讓既定結(jié)構(gòu)的晶粒長大，因此減少了粘附于換熱面上成垢離子的數(shù)量，從而也就減小了積垢的沉積速率。也就是說，超聲波能提高流動液體和成垢物質(zhì)的活性，增大被水分子包裹著的成垢物質(zhì)微晶核的釋放，破壞垢類生成和在管壁沉積的條件，使成垢物質(zhì)在液體中形成分散沉積而不在管壁上形成硬垢。 2．“活化”效應(yīng) 超聲波在液體介質(zhì)中通過空化作用，可以使水分子裂解為 H 3. 超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。超聲波是指振動頻率大于 20KHZ 以上的，其每秒的振動次數(shù) (頻率 )甚高，超出了人耳聽覺的上限 (20KHZ)，人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲波是聲 波大家族中的一員。超聲波除垢是功率超聲的一種很重要的應(yīng)用，它與超聲無損檢測不同，需要產(chǎn)生功率很大的超聲波，但超聲的頻率不高一般在 18KHZ 到 25KHZ。 針對傳統(tǒng)的除垢方法不能在線除垢的問題，提出了一種具有在線 除垢特點的超聲波除垢器，本論文主要完成以下幾項工作： 1. 通過對超聲波防垢除垢機理的研究，了解超聲波空化作用產(chǎn)生的條件和空化氣泡的運動過程，以及 磁致伸縮超聲波換能器的工作原理。對工作環(huán)境的要求極高，操作者要注意安全，清洗時必須保證良好的通風(fēng)條件。對勞動保護(hù)技術(shù)服務(wù)的 要求較高。 經(jīng)濟備注 設(shè)備成本和消耗成本較高，工藝復(fù)雜。 清洗效率低，針對特定的清洗對象，較難選擇合適 的清洗參數(shù)，且清洗完后還要進(jìn)行烘干處理。 極度污染 污染嚴(yán)重，特殊的溶劑還要對零件和設(shè)備進(jìn) 行 防 銹 措施，對工作人員身體有一定的傷害。清洗 停 機 時 間長，能耗大。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 續(xù)表 1 特點 超聲波清洗主要用于清洗物體表面上的微顆粒，對于常規(guī) 的 污 染 物(如臟物、油脂、銹跡清洗效果很差或根根本無法達(dá)到清洗目的。 利用有機或無機清洗劑加入到被清洗的設(shè)備界面中，對難溶水垢、油污物粘泥等進(jìn)行 分 散 剝離，同時與化學(xué)藥劑發(fā)生反應(yīng)，生成絡(luò)和物或水溶性鹽，從而達(dá)清洗的目的。特別是對盲孔和各種幾何狀物體，獨有其他除垢手段所無法達(dá)到的洗凈效果。比如不同的管流及換熱器件有其特定的結(jié)構(gòu)，結(jié)垢物質(zhì)， 結(jié)垢速度，結(jié)垢程度也大不相同，另外不同的設(shè)備有不同的結(jié)垢形態(tài)，而且有的換熱工作表面聲波不能波及，因此超聲設(shè)備的最佳參數(shù)，設(shè)施部位和 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 安裝方法等都十分重要，這些就必須在理論研究的指導(dǎo)下，通過實驗和實踐來選擇、調(diào)整。在國民經(jīng)濟中，超聲波清洗對于提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)安全和設(shè)備的安全運行，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率具有特別的潛在能力。經(jīng)過一段時間的研究和試驗，不僅得到了滿意的效果，而且發(fā)現(xiàn)其清洗效率極高，由此 超聲波清洗機被逐漸運用于各行各業(yè)中去。超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一，目前， 超聲技術(shù)的研究和應(yīng)用的范圍，己經(jīng)從船舶、冶金、機械等領(lǐng)域擴大到二十多個工業(yè)部門，并取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益 [4]。利用超聲的高頻率、大功率以及高強度去改變作為媒介的物質(zhì)的特性，采用合適的聲參數(shù)和聲波形會產(chǎn)生其他手段所達(dá)不到的效果?？偟膩碚f 俄 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 羅斯等一些國家在此方面的研究已經(jīng)比較深人，生產(chǎn)出的一些除垢器，在實際應(yīng)用中也已顯示出了超聲除垢的優(yōu)越性，這些都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和借鑒的地方。美國曾在德克薩斯州 9個獨立的產(chǎn)油區(qū)，對 240km2范圍內(nèi)的 2l口油井進(jìn)行了超聲波處理，顯著提高了這些油井產(chǎn)量，投資效益比達(dá)到 :。造成該局面的問題除了 我國在該研究方向起步比較晚以外，還有二個重要的客觀原因：一是隨著人們對可用能源緊張局面的從新認(rèn)識，促進(jìn)了新型可靠的大功率開關(guān)管技術(shù)的發(fā)展，僅十幾年推出了性能較好的開關(guān)管 IGBT（ Insulated Gate Bipolar Transistor） ，被市場所接受，而我國在這方面技術(shù)的掌握還很薄弱，仍未出現(xiàn)可生產(chǎn)合格的 IGBT 廠家，這部分市